Введение в физику
План курса
О.Ю.Шведов
От простых механизмов к законам статики и гидростатики
Масса и плотность, работа и потенциальная энергия. Центр масс
- Масса как мера притяжения тела к Земле. Взвешивание как древнейший способ определения массы. Плотность
- Конструкции механизмов, поднимающих одну систему грузов за счет опускания другой системы грузов. Понятие о полезной работе, единицы измерения работы
- Полезная и затраченная работа, соотношение между ними. Коэффициент полезного действия (КПД) механизма
- Роль вечных двигателей в становлении физики. Невозможность простых механизмов, совершающих полезную работу, большую затраченной
- Потенциальная энергия, ее убывание при работе простых механизмов. Минимальность потенциальной энергии в состоянии устойчивого равновесия
- Координаты центра масс системы грузов. Потенциальная энергия системы грузов с заданным положением центра масс. Уменьшение высоты центра масс при работе простых механизмов. Принцип Торричелли (минимум высоты центра масс)
- Экспериментальное определение центра масс плоской фигуры. Методы расчета положения центра масс плоской фигуры (использование симметрии, замена подсистемы масс точечной массой). Задачи на опрокидывание
Условия равновесия в простейших системах
- Примеры равновесия в системах с неподвижными и подвижными блоками.
- Равновесие рычага с грузами.
- Равновесие грузов на наклонной плоскости.
Понятие о силе и моменте силы в статике
- Понятие о силе в статике. Силы тяжести и натяжения нити. Единицы измерения силы (килограмм-силы и ньютон). Условие компенсации сил (на примерах). Решение задач на равновесие в системах с блоками при помощи сил.
- Понятие о моменте силы. Условие равновесия рычага (на примере). Правило моментов
- Задача Архимеда о стержне, подвешенном за концы
Гидростатика
- Сохранение объема жидкости. Метод Архимеда измерения объема тела. Понятие плотности
- Сила, действующая на погруженное в жидкость тело (рассуждение Архимеда). Условие плавания тела в жидкости (неравенство для плотности, объем погруженной части)
- Закон Архимеда и условие плавания тел: вывод на основе неравенства для полезной и затраченной работы
- Задача Паскаля о давлении жидкости на дно сосуда; ее решение на основе неравенства для полезной и затраченной работ. Опыты Паскаля
- Задача Паскаля о давлении жидкости на стенку сосуда. Закон Паскаля. Понятие давления. Единицы измерения давления (паскаль, килограмм-силы на квадратный метр, метр водяного столба, миллиметр ртутного столба). Вывод закона Архимеда из закона Паскаля
- Задача Паскаля о гидравлическом прессе: решение на основе неравенства для полезной и затраченной работы
- Пример механизма, устанавливающего разность уровней жидкости в сообщающихся сосудах. Понятие об обратимом и необратимом процессах
Свойства веществ
Тепловые явления
- Принцип термодинамической транзитивности. Эмпирическая температура. Температурные шкалы.
- Опыты Г.В.Рихмана (1744) по смешиванию порций воды с разными температурами. Уравнение теплового баланса.
- Опыты Дж.Блэка по теплообмену различных веществ. Теплоемкость, количество теплоты. Уравнение теплового баланса. Калория.
- Теплота фазового перехода. Теплота химической реакции.
- Понятие об опытах Джоуля (1840е) по нагреванию тел за счет совершения работы. Измерение количества теплоты и работы в одних единицах.
Свойства газов
- Атмосферное давление. Опыт Торричелли
- Опыт Бойля. Закон Бойля-Мариотта
- Опыты по тепловому расширению газов (Амонтон, Гей-Люссак). Представление об абсолютном нуле температуры. Газовая температурная шкала
- Закон кратных отношений Гей-Люссака, его роль в подтверждении атомной теории Дальтона. Закон Авогадро. Установление молярных масс веществ и их химических формул
- Универсальная газовая постоянная. Уравнение состояния идеального газа
- Свойства насыщенного водяного пара (давление и плотность, их зависимость от температуры). Относительная влажность. Значение давления насыщенного пара воды при 100 градусах Цельсия. Закон Дальтона
Геометрическая оптика
Прямолинейное распространение и отражение света
- Представление о световых лучах. Закон прямолинейного распространения и отражения света.
- Построение изображения точечного источника в плоском зеркале. Мнимый характер изображения.
- Отражение параллельного пучка света от сферического зеркала. Фокус. Фокусное расстояние сферического зеркала.
- Построение изображения точечного источника в сферическом зеркале.
Преломление света
- Закон преломления света по Птолемею и Снеллиусу. Относительный и абсолютный показатель преломления.
- Явление полного внутреннего отражения.
- Понятие о принципе наименьшего времени. Скорость света в среде и показатель преломления.
- Построение изображения в плоскопараллельной пластинке.
- Прохождение света через призму.
- Опыт Ньютона. Дисперсия света.
Линзы
- Тонкая линза как оптический прибор, формирующий точечное изображение точечного источника. Ось симметрии и фокусы тонкой линзы.
- Прохождение луча через центр линзы без преломления. Фокусировка параллельного пучка, падающего на линзу под углом к оси симметрии. Фокальная плоскость. Симметрия фокусов относительно линзы, фокусное расстояние.
- Закон преломления светового луча на линзе. Оптическая сила линзы. Сложение оптических сил линз, приложенных вплотную друг к другу.
- Построение изображения точечного источника в тонкой линзе. Формула тонкой линзы; поперечное увеличение.
- Конструкция тонкой линзы.
Оптические приборы
- Расстояние наилучшего зрения. Лупа и проекционный аппарат; расчет фокусного расстояния линз в этих приборах. Микроскоп как комбинация проекционного аппарата и лупы. Фотоаппарат
- Телескоп - оптический прибор, переводящий параллельный пучок света в параллельный. Конструкции Галилея и Кеплера. Телескоп-рефлектор.
Архив курса
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 1. От простых механизмов к законам статики и гидростатики
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 2. Свойства веществ
- О.Ю.Шведов. Лекции по школьной физике. Глава 3. Геометрическая оптика
- Приложение 4.1. Задания для разбора с преподавателем
- Приложение 4.2. Задания для самостоятельной проработки
- Приложение 4.3. Задания повышенной трудности
К обзору материалов кружка